Trường Đại học Nha Trang 1 HV: Phan Tuấn Long Lớp: Cao học KTTT - 2004 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG o0o P P P H H H A A A N N N T T T U U U Ấ Ấ Ấ N N N L L L O O O N N N G G G NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG THIẾT BỊ DYNOMITE 13 DUAL – ROTOR ĐỂ XÁC ĐỊNH CÔNG SUẤT ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG TRUNG VÀ CAO TỐC LUẬN VĂN THẠC SĨ Giáo viên hướng dẫn: PGS.TS Nguyễn Văn Nhận Lớp: Cao học KTTT – 2004 Năm 2008 Trường Đại học Nha Trang 2 HV: Phan Tuấn Long Lớp: Cao học KTTT - 2004 MỤC LỤC MỤC LỤC 1 LỜI NÓI ĐẦU 4 Chương 1: CÁC PHƯƠNG PHÁP VÀ THIẾT BỊ ĐO CÔNG SUẤT ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG. 6 1. Khái quát 6 2. Các phương pháp xác định công suất 6 2.1 Phương pháp xác định công suất loại cân bằng 6 2.2 Phương pháp xác định công suất loại không cân bằng 7 2.2.1 Động cơ lai máy phát điện 8 2.2.2 Động cơ lai máy bơm 8 2.2.3 Xác định công suất động cơ bằng cách sử dụng xoắn kế 9 2.3 Phương pháp đo công suất dùng trong chẩn đoán 10 3. Thiết bị đo công suất 12 3.1 Thiết bị gây tải 12 3.1.1 Phanh kiểu cơ khí 13 3.1.2 Phanh kiểu không khí 14 3.1.3 Phanh thuỷ lực 15 3.1.4 Phanh điện 18 3.2 Thiết bị cân lực 21 3.2.1 Thiết bị cân lực kiểu cơ học 22 3.2.2 Thiết bị cân lực kiểu thuỷ lực khí nén 23 Chương 2: THIẾT BỊ DYNOMITE 13 – DUAL ROTOR 25 1. Đặc điểm cấu tạo, lắp đặt và vận hành 25 1.1 Khái quát chung 25 1.2 Các bộ phận cấu thành của thiết bị DYNOmite 26 1.2.1 Bộ phận thu nhận dữ liệu 26 1.2.2 Bộ phận cơ bản bản mạch chuyển đổi 27 Trường Đại học Nha Trang 3 HV: Phan Tuấn Long Lớp: Cao học KTTT - 2004 1.2.3 Bộ phận phụ trợ khác 27 1.2.4 Cảm biến và thiết bị điều khiển 27 1.3 Đặc điểm cấu tạo – nguyên lý hoạt động của các bộ phận 28 1.3.1 Hệ thống cấp nước của Dynomite và bộ hút thu 28 1.3.2 Bộ tua bin lưu lượng khí (Airflow turbine kits) 32 1.3.3 Bộ tăng tải điện tử (Electronic Auto – Load Servo) 34 1.3.4 Bộ góp khí xả (Exhaust Gas Temperature Kit) 35 1.3.5 Bộ chuyển đổi lưu lượng nhiên liệu 38 1.3.6 Bộ trích lọc cảm ứng RPM (Inductive RPM Pick – Up) 40 1.3.7 Bộ cảm biến RPM/MPH trục Jack 40 1.3.8 Bộ rơ le công tắc ngắt 42 1.3.9 Bộ trích lọc điện từ RPM bộ hút thu 43 1.3.10 Máy tính 44 1.3.11 Bơm nước di động 44 1.3.12 Bộ chuyển đổi momen xoắn 45 1.3.13 Nối nguồn bản điều khiển 46 1.3.14 Sự thu nhận dữ liệu, kết nối cơ bản 47 1.3.15 Kết nối các phụ kiện 48 1.3.16 Một số phụ kiện khác 52 2. Khai thác kỹ thuật phanh động cơ Dynomite 13 Dual – Rotor 53 2.1 Yêu cầu cấp nước 53 2.2 Phương pháp lắp đặt 56 2.3 Hiệu chỉnh và cài đặt 57 2.3.1 Chạy cài đặt 58 2.3.2 Cài đặt cấu hình 63 2.3.3 Công suất 70 2.4 Bảo dưỡng 72 2.5 Phần mềm nâng cấp máy tính E-PROM 72 2.6 Sự hiệu chỉnh lại 73 Trường Đại học Nha Trang 4 HV: Phan Tuấn Long Lớp: Cao học KTTT - 2004 2.7 Lắp đặt lại cánh tay đòn lực 77 Chương 3: CHẾ TẠO BỘ GÁ PHỤ TRỢ CHO THIẾT BỊ DYNOMITE 13 79 1. Thực trạng thiết bị Dynomite 13 tại Viện NCCT Tàu thuỷ 79 1.1 Bảng kê thiết bị 79 1.2 Nhận xét 79 1.3 Tình trạng hoạt động 80 2. Chế tạo bệ thử, bộ phận dẫn động từ động cơ tới bộ hút thu 82 Chương 4: ĐO THỰC NGHIỆM, ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ 84 1. Phương pháp đo: 84 2. Đo thử nghiệm: 84 2.1 Đo thử nghiệm trên động cơ SAMDI 84 2.2 Đo thử nghiệm trên động cơ CHANGTONG 86 2.3 Đo thử nghiệm trên động cơ 3Z15 88 3. Đánh giá kết quả: 90 Chương 5: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT 92 1. Kết luận 92 2. Đề xuất 93 PHỤ LỤC 95 Trường Đại học Nha Trang 5 HV: Phan Tuấn Long Lớp: Cao học KTTT - 2004 LỜI NÓI ĐẦU Trong mọi lĩnh vực đời sống, nhất là trong các ngành công nghiệp, đặc biệt là trong lĩnh vực giao thông vận tải và khai thác thủy sản, động cơ đốt trong vẫn là dạng máy móc được sử dụng phổ biến nhất. Một trong những chỉ tiêu đánh giá quan trọng của động cơ đốt trong khi thiết kế, chế tạo và sử dụng đó là công suất của động cơ. Hiện nay cùng với sự phát triển của nền kinh tế, động cơ đốt trong nói chung hay động cơ diesel nói riêng ngày càng được sử dụng phổ biến trong các lĩnh vực công nghiệp. Việc quản lý phương tiện, sửa chữa khôi phục các tính năng của động cơ, việc kiểm tra, đánh giá lại tính năng kỹ thuật của động cơ sau quá trình hoạt động có tầm quan trọng đặc biệt. Điều đó giúp xác định chính xác mức độ, khả năng, tuổi thọ của động cơ cũng như xây dựng được kế hoạch duy tu bảo trì hợp lý, nhằm tăng tuổi thọ, giảm chi phí sửa chữa động cơ. Để thực hiện xác định tính năng kỹ thuật của động cơ, cần một thiết bị khảo nghiệm có độ chính xác cao, tiện lợi, kinh tế. Có khá nhiều loại thiết bị khảo nghiệm hiện nay tại nước ta, tuy nhiên những thiết bị này đa phần cồng kềnh, cũ và lạc hậu, gần đây cùng với sự phát triển mạnh của khoa học kỹ thuật, có một số thiết bị khảo nghiệm động cơ thế hệ mới du nhập vào nước ta, tuy nhiên số lượng còn hạn chế. Thiết bị Dynomite – 13 là thiết bị khảo nghiệm thế hệ mới, có tính năng vượt trội so với các thiết bị đã có ở Việt Nam trước đây, có thể giúp việc xây dựng lại tính năng kỹ thuật của động cơ dễ dàng hơn đặc biệt có ý nghĩa với phương tiện thủy. Tuy nhiên theo đơn đặt hàng nhập về chỉ dùng để xác định công suất nên thiết bị này được nhập về không đồng bộ, thiếu khá nhiều trang bị phụ trợ và phần mềm ứng dụng kèm theo, không dùng được cho động cơ có dải tốc độ thấp. Đề tài “Nghiên cứu sử dụng thiết bị Dynomite 13 Dual - Rotor để xác định công suất động cơ thủy” nhằm tìm hiểu, đưa vào sử dụng được loại phanh thủy lực này, đáp ứng được một phần khó khăn trong việc xác định công suất động cơ thủy Trường Đại học Nha Trang 6 HV: Phan Tuấn Long Lớp: Cao học KTTT - 2004 hiện nay, cũng như tạo điều kiện cho sinh viên trường Đại học Nha Trang có điều kiện tiếp xúc làm quen, rèn kỹ năng thực hành với thiết bị khảo nghiệm tiên tiến. Nội dung nghiên cứu được trình bày theo 5 chương: Chương 1: Các phương pháp và thiết bị đo công suất động cơ đốt trong. Chương 2: Thiết bị Dynomite 13 Dual – Rotor Chương 3: Chế tạo bộ gá phụ trợ cho thiết bị Dynomite13 Dual – Rotor Chương 4: Đo thực nghiệm trên một số động cơ, đánh giá kết quả. Chương 5: Kết luận và đề xuất. Tuy thời gian thực hiện đề tài kéo dài nhưng do khả năng còn hạn chế, khó khăn về kinh phí thực nghiệm cũng như tìm kiếm nguồn máy để đo, nên không tránh khỏi những thiếu sót về nội dung cũng như tính thuyết phục của đề tài. Rất mong sự đóng góp của các thầy để đề tài hoàn thiện hơn. Qua đây tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến thầy: PGS.TS Nguyễn Văn Nhận, các thầy trong khoa Cơ khí, khoa Kỹ thuật tàu thủy cùng các đồng nghiệp tại Viện nghiên cứu chế tạo tàu thủy đã giúp đỡ tôi hoàn thành đề tài này. Nha Trang, ngày 14 tháng 08 năm 2008 Học viên PHAN TUẤN LONG Trường Đại học Nha Trang 7 HV: Phan Tuấn Long Lớp: Cao học KTTT - 2004 Chương 1 CÁC PHƯƠNG PHÁP VÀ THIẾT BỊ ĐO CÔNG SUẤT ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG 1. Khái quát: Công suất là thông số kỹ thuật cơ bản đặc trưng cho động cơ, nó là chỉ tiêu quan trọng không phụ thuộc vào công dụng và kiểu loại động cơ, trong thiết kế, chế tạo, sửa chữa cũng như sử dụng, việc xác định chính xác công suất của động cơ luôn được coi trọng nhằm các mục đích sau: - Kiểm nghiệm động cơ trước khi xuất xưởng. - Trang bị động cơ có công suất phù hợp với phương tiện. - Kiểm tra động cơ sau quá trình duy tu bảo dưỡng. - Tổ chức khai thác động cơ hợp lý, an toàn và tin cậy. - Biết chiều hướng và các giá trị biến động công suất trong những điều kiện khai thác cụ thể. 2. Các phương pháp xác định công suất: Ngày nay việc xác định công suất động cơ có khá nhiều phương pháp và thiết bị nhưng phần lớn đều dựa vào momen quay và tốc độ quay. Để đơn giản có thể phân nhóm như sau: - Phương pháp xác định công suất có ích loại cân bằng. - Phương pháp xác định công suất có ích loại không cân bằng. - Phương pháp xác định công suất dùng trong chuẩn đoán. 2.1 Phương pháp xác định công suất loại cân bằng: Trong phương pháp này động cơ quay một thiết bị mà trục rôto của thiết bị được nối với trục của động cơ, stato của thiết bị có thể dao động ngang được. Khi động cơ làm việc, nó tạo ra momen xoắn làm quay rôto của thiết bị, thông qua môi trường trung gian truyền tác động làm cho thân (stato) của thiết bị quay theo. Trường Đại học Nha Trang 8 HV: Phan Tuấn Long Lớp: Cao học KTTT - 2004 Người ta tìm cách tác dụng lên thân một lực để giữ thân lại. Lực này được xác định thông qua thiết bị cân lực. Sơ đồ nguyên lý : Phương pháp này được sử dụng rộng rãi tại các nhà máy chế tạo động cơ, các cơ quan nghiên cứu, thực chất phương pháp này là đo lực (momen). Công suất được tính theo công thức: ).( 30 )( 30 fmsfmsx MMlP n MMM n Ne    M x : Momen xoắn thu được qua thiết bị đo (KN.m, KG.m,…) n : Tốc độ quay của động cơ (không qua hộp số) P : Lực thu được trên thiết bị cân lực (KN, KG,…) l: Cánh tay đòn trên thiết bị gây tải M ms : Momen ma sát của thiết bị cân lực ở các gối trục (KN.m, KG.m,…) M f : Momen tổn hao trên thiết bị gây tải (KN.m, KG.m,…). Người ta đưa giá trị của M ms , M f vào trị số sai số cho phép, tuỳ theo từng thiết bị cụ thể mà ta có được giá trị M ms , M f khác nhau. 2.2 Phương pháp xác định công suất động cơ loại không cân bằng: Một số đặc điểm của những thiết bị đo kiểu này: Thiết bị đo công suất có dạng như dynamo gồm phần quay rôto và phần đứng yên stato, trên stato có gắn các đồng hồ. Động cơ cần kiểm tra làm quay rôto của thiết bị, lúc này các thông số của đồng hồ (vôn kế, ampe kế, áp kế…) gắn trên stato hiển thị, qua đó tính ra công suất động cơ. Đây là phương pháp xác định công suất động cơ khá đơn giản, áp dụng khi xác định công suất động cơ tại nơi thử nghiệm hoặc ngay tại chỗ lắp đặt máy cố định, thường ứng dụng với động cơ công suất nhỏ, nhất là với động cơ lắp cố định trên tàu đánh bắt thuỷ sản. Động c ơ (gây lực momen) Thiết bị gây tải (cân bằng lực, momen) Thiết bị cân lực Trường Đại học Nha Trang 9 HV: Phan Tuấn Long Lớp: Cao học KTTT - 2004 2.2.1 Động cơ lai máy phát điện: Trục động cơ được nối với trục rôto của máy phát, khi động cơ làm việc kéo rôto quay trong từ trường đều của stato. Dưới tác dụng của từ trường, trong các đầu dây của rô to sẽ xuất hiện suất điện động cảm ứng hình sin và chúng được đưa ra ngoài. Nếu mạch ngoài kín thì sẽ xuất hiện dòng điện trong mạch. Tuỳ theo máy phát điện một chiều hay xoay chiều mà sử dụng các thiết bị phù hợp để đo các thông số của nó. Nếu máy phát xoay chiều thì công suất động cơ được tính bằng công thức sau: 3 10* cos***    d e mIU N   (KW) Nếu dùng oát kế: 3 10*   d e W N  (KW) Trong đó: U Φ, I Φ : Giá trị điện áp và dòng xoay chiều mà máy phát tạo ra W: Giá trị đọc được trên oát kế (W) m: Số pha η d : Hiệu suất truyền động Cosφ: Hệ số công suất máy phát điện Đối với máy phát điện một chiều: 3 10* *   d e IU N  (KW) Trong đó: U, I: Giá trị điện áp và dòng điện một chiều η d : Hiệu suất truyền động 2.2.2 Động cơ lai máy bơm: Người ta sử dụng năng lượng của động cơ chuyển thành cơ năng của máy bơm để đẩy chất lỏng lên cao hoặc đi xa. Năng lượng truyền cho chất lỏng xác định được qua hai thành phần : động năng ( v 2 /2g) và áp năng (p/γ), từ hai thành phần này để xác định công suất thuỷ lực của bơm hay công suất động cơ lai. Trường Đại học Nha Trang 10 HV: Phan Tuấn Long Lớp: Cao học KTTT - 2004 Công suất thuỷ lực của bơm được xác định theo công thức: HQHGN tl ***   Trong đó G = γ *Q : Lưu lượng trọng lượng của bơm (N/s) γ : Trọng lượng riêng của chất lỏng (N/m 3 ) Q : Lưu lượng của bơm (m 3 /s) H : Chiều cao cột áp của bơm (m) Tổn thất năng lượng khi máy bơm hoạt động bao gồm: tổn thất cơ khí, tổn thất thuỷ lực, tổn thất lưu lượng. Công suất của động cơ lai máy bơm được xác định: lltlck tl e N N   (KW) Trong đó: η ck , η tl , η ll : Hiệu suất của hệ truyền động , thuỷ lực và lưu lượng. 2.2.3 Phương pháp xác định công suất động cơ bằng cách sử dụng xoắn kế: Momen xoắn trên trục xác định thông qua biến dạng xoắn của trục theo biểu thức: t tp e L JG M  **  (KG.m) Trong đó G: Môđun đàn hồi của vật liệu chế tạo trục (KG/m 2 ) J p : Môđun quán tính độc cực của tiết diện trục L t : Chiều dài đoạn trục cơ sở để đo góc xoắn (m) Φ t : Góc xoắn giữa hai mặt cắt ở các mút đoạn trục cơ sở L t (rad) Đối với hệ trục cụ thể thì const L JG t p  * , như vậy để xác định công suất động cơ chỉ cần xác định Φ t . Trên cơ sở đó người ta chế tạo thiết bị xác định góc xoắn giữa hai mặt cắt của đoạn trục, nhờ đó xác định được momen xoắn. [...]... hành thiết bị Dynomite 13 Dual - Rotor 1.1 Khái quát chung: Hiện nay có khá nhiều phương pháp và thiết bị dùng xác định công suất động cơ Thiết bị DYNOmite 13 dual- rotor là thiết bị khá hiện đại dùng để khảo nghiệm động cơ Thiết bị này được chế tạo bởi hãng LAND & SEA của Hoa Kỳ và được nhập về Việt Nam vào năm 1999 Nguyên lý hoạt động: Dựa trên nguyên lý làm việc của phanh thuỷ lực, xác định công suất. .. Đối với động cơ ôtô k = 0.02-0.04 Đo công suất theo phương pháp gia tốc: Dựa trên nguyên tắc sự thay đổi tốc độ góc động cơ phụ thuộc vào công suất động cơ, khi công suất động cơ càng lớn thì gia tốc càng lớn Thực chất của dụng cụ đo là thời gian tăng tốc từ tốc độ thấp tới tốc độ định mức khi tăng tốc đột ngột, chỉ thị sẽ là công suất động cơ Có thể sử dụng thiết bị đo HMR-2M của Liên Xô cũ gồm có cảm... đo công suất động cơ dùng trong chẩn đoán (thường dùng trong chẩn đoán trạng thái kỹ thuật của ôtô): Đo momen chủ động trên bánh xe: - Áp dụng cho các động cơ lắp trên phương tiện vận tải - Sử dụng thiết bị đo lực phanh trên bánh xe, từ đó tính được momen và công suất động cơ Sai số chủ yếu của phương pháp là không biết chính xác hiệu suất của các bộ truyền trên xe cần đo HV: Phan Tuấn Long Lớp: Cao. .. xác định theo một số loại động cơ và cho trước trên dụng cụ Nhược điểm độ chính xác không cao, chỉ đo được một số loại động cơ do nhà chế tạo qui định Đo công suất bằng phanh thử công suất: Phương pháp này đo chính xác nhất nhưng phải tháo động cơ khỏi phương tiện và đặt lên phanh thử Gây tải cho phanh có thể bằng ma sát, lực cản chất lỏng hoặc lực điện từ Công suất động cơ được tính: Ne  Me *  ... điện để đo công suất động cơ có rất nhiều ưu điểm như: - Trước khi chạy rà hay thử nghiệm đo công suất động cơ, phanh điện làm nhiệm vụ khởi động cho động cơ hoạt động - Ở chế độ động cơ phanh điện làm nhiệm vụ chạy rà được cho động cơ lắp ghép HV: Phan Tuấn Long Lớp: Cao học KTTT - 2004 Trường Đại học Nha Trang 22 - Sử dụng được năng lượng tái sinh ở chế độ máy phát - Dễ dàng tự động hoá và chương... trên vành răng bánh đà Các xung được truyền sang khối tính toán chuyển đổi, được khuếch đại và biến đổi thành dòng điện một chiều, đưa vào bộ chỉ thị và đo số vòng quay Tốc độ góc càng lớn, các xung càng lớn, dòng điện đưa vào bộ chỉ thị công suất càng lớn nên công suất đọc càng cao Khi đo phải đột ngột thay đổi tốc độ động cơ từ thấp tới định mức, phạm vi điều chỉnh tốc độ và ghi công suất xác định. .. công suất có ích của động cơ chỉ là một trong những tính năng của thiết bị, ngoài ra thiết bị này còn có thể giúp chúng ta xây dựng lại đường đặc tính của động cơ cần khảo nghiệm, đo nhiệt độ khí thải, suất tiêu hao nhiên liệu, Thiết bị DYNOmite 13 dual- rotor có phạm vi đo công suất rộng, từ vài mã lực cho tới 1600 mã lực, có kết cấu tương đối gọn, cho kết quả nhanh và khá chính xác thông qua màn hình... khi đóng van tải lại Dynomite được thiết kế để làm việc đúng trong phạm vi rộng về công suất động cơ và RPM Để hoàn thiện khả năng dẫn động van tải với những động cơ momen xoắn rất cao tại RPM thấp cần hạn chế tốc độ thoát nước thải của bộ hút thu, ngược lại muốn nâng cao hơn giới hạn công suất (HP)/giới hạn nhiệt của Dynomite cần gia tăng thể tích nước thoát HV: Phan Tuấn Long Lớp: Cao học KTTT - 2004... ) (Hp) Trong đó: Nedm: Công suất định mức động cơ theo thiết kế (Hp) N: Độ chênh công suất với động cơ thiết kế (%) N  n1Ne: (n1Ne _ ntb ) * k 100 Số vòng quay động cơ khi làm việc với một xi lanh ở tình trạng còn mới (tài liệu kỹ thuật) ntb: Số vòng quay trung bình của các piston khi làm việc riêng rẽ (đo khi chẩn đoán) k: Hệ số kinh nghiệm Đối với động cơ máy kéo k = 0.055 Đối với động cơ ôtô... Lớp: Cao học KTTT - 2004 Trường Đại học Nha Trang 18 Một số thông số của phanh thuỷ lực: STT Công suất Vòng quay Độ chính xác (Hp) 1 Kiểu phanh (V/ph) cho phép (%) Phanh đĩa: Đĩa thẳng 15.000 500 – 800 0,1 – 0,2 Đĩa đục lỗ 10.000 15.000 0,1 – 0,2 Đĩa nghiêng 70.000 200 – 400 0,1 – 0,2 300 150 – 2000 0,5 – 1,0 250 – 26.000 600 – 6.000 0,2 – 1,0 17.000 6.000 0,1 – 0,2 60.000 170 – 360 0,1 – 0,2 Rotor . NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG THIẾT BỊ DYNOMITE 13 DUAL – ROTOR ĐỂ XÁC ĐỊNH CÔNG SUẤT ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG TRUNG VÀ CAO TỐC LUẬN VĂN THẠC SĨ Giáo viên hướng dẫn: PGS.TS Nguyễn Văn Nhận Lớp: Cao học. Nghiên cứu sử dụng thiết bị Dynomite 13 Dual - Rotor để xác định công suất động cơ thủy” nhằm tìm hiểu, đưa vào sử dụng được loại phanh thủy lực này, đáp ứng được một phần khó khăn trong việc xác. với thiết bị khảo nghiệm tiên tiến. Nội dung nghiên cứu được trình bày theo 5 chương: Chương 1: Các phương pháp và thiết bị đo công suất động cơ đốt trong. Chương 2: Thiết bị Dynomite 13 Dual